详细分析设计 PCB 时的最佳实践和注意事项

详细解释设计 PCB 时的最佳实践和注意事项

在设计PCB时，我们通常依赖于我们通常在互联网上找到的经验和技巧。 每个 PCB 设计都可以针对特定应用进行优化。 一般来说，它的设计规则只适用于目标应用。 例如，模数转换器PCB规则不适用于RF PCB，反之亦然。 然而，一些指南可以被认为是适用于任何 PCB 设计的通用指南。 在本教程中，我们将介绍一些可以显着改进 PCB 设计的基本问题和技术。

电源和信号分配

配电是任何电气设计中的关键要素。 您的所有组件都依赖电源来执行其功能。 根据您的设计，某些组件可能具有最佳电源连接，而同一板上的某些组件可能具有最差电源连接。 例如，如果所有组件都由一根电线供电，则每个组件将观察到不同的阻抗，从而导致多个接地参考。 例如，如果您有两个 ADC 电路，一个在开头，另一个在结尾，并且两个 ADC 都读取外部电压，则每个模拟电路将读取相对于自身的不同电位。

我们可以将功率分布概括为三种可能的方式：单点源、星源和多点源。

(a) 单点供电：各元器件的电源和地线相互分开。 所有组件的电源接线应仅汇聚在一个参考点。 单点被认为是最适合供电的。 但是，这对于复杂或大/中型项目是不可行的。

(b) 星源：星源可视为单点源的改进。 由于它的关键特性，它是不同的：组件之间的布线长度是相同的。 星型连接通常用于各种时钟的复杂高速信号板。 在高速信号PCB中，信号通常来自边缘，然后到达中心。 所有信号都可以从中心传输到电路板的任何区域，区域之间的延迟极小。

(c) 多点源：无论如何，它被认为是最差的。 但是，它最容易用于任何电路。 多点源可能会导致组件之间和公共阻抗耦合中的参考差异。 这种设计风格还允许高开关 IC、时钟和 RF 电路在共享连接的附近电路中引入噪声。

当然，在我们的日常生活中，我们不会总是只有一种分布类型。 我们可以实现的最佳折衷方案是将单点源与多点源混合。 基本上，模拟敏感设备和高速/射频系统应放置在一个点上，而所有其他不太敏感的外围设备应放置在多个点上。

动力飞机

你有没有想过是否应该使用电源平面？ 好吧，答案应该是响亮的。 电源板是传输功率和降低任何电路噪声的最佳方式之一。 电源层缩短了接地路径，降低了电感，提高了电磁兼容（EMC）性能。 这也应该归功于在两侧的电源平面上还产生了一个平行板去耦电容，从而阻止了噪声传播。

电源板还有一个明显的优势：由于面积大，允许更多的电流通过，从而增加了PCB的工作温度范围。 但请注意，电源层可以提高工作温度，但布线也必须考虑。 跟踪规则在 IPC-2221 和 IPC-9592 中给出

对于带有射频源的PCB（或任何高速信号应用），必须有完整的地平面，以提高电路板的性能。 信号必须在不同的平面上，使用两层板同时满足两个要求几乎是不可能的。 如果您想设计天线或任何低复杂度的射频板，您可以使用两层。

在混合信号设计中，制造商通常建议将模拟与数字分开。 敏感的模拟电路很容易受到高速开关和信号的影响。 如果模拟和数字接地不同，则接地层将分开。 然而，差异有其自身的挑战需要克服。 应注意主要由地平面不连续引起的分地串扰和环路面积。

电磁兼容性和电磁干扰 (EMI)

对于高频设计（如 RF 系统），EMI 可能是一个主要缺点。 前面讨论的接地层有助于降低 EMI，但根据您的 PCB，接地层可能会导致其他问题。 在具有四层或更多层的层压板中，飞机的距离至关重要。 当面内电容较小时，电场会在板上扩展。 同时，两个平面之间的阻抗降低，允许返回电流流向信号平面。 这将为穿过平面的任何高频信号产生 EMI。

避免 EMI 的一个简单解决方案是防止高速信号跨越多个层。 加去耦电容； 并在信号线周围放置接地过孔。 下图显示了具有高频信号的良好 PCB 设计。

过滤噪声

旁路电容器和铁氧体磁珠用于过滤任何组件产生的噪声。 基本上，如果用于任何高速应用，任何 I/O 引脚都可能成为噪声源。 为了更好地利用这些内容，我们需要注意以下几点：

始终将铁氧体磁珠和旁路电容器放置在尽可能靠近噪声源的位置。 当我们使用自动布局和自动布线时，他们通常不知道电路中每个元件的功能，因此您应该考虑检查的距离。 避免过滤器和组件之间的过孔和任何其他布线。 如果您有地平面，请使用多个通孔将其正确接地。 PCB加工厂分享：详细讲解PCB设计中的最佳实践和注意事项，可以针对具体应用优化每一个PCB设计。